Лабораторная работа № 3 комплексные соединения
Цель работы:провести опыты по получению катионных и анионных комплексов и исследовать некоторые их свойства (устойчивость, способность к реакциям обмена).
Множество неорганических соединений помимо обычных ковалентных и ионных связей содержат химические связи, образованные по донорно-акцепторному механизму. Сложные соединения, у которых имеются ковалентные связи, образованные по донорно-акцепторному механизму, называются комплексными.
Комплексные соединения нашли широкое применение в технике при получении химически чистых металлов из руд, редких металлов, сверхчистых полупроводниковых материалов, катализаторов, красителей и т. п. Широко применяются циклические комплексные соединения на основе этилендиаминтетрауксусной кислоты (ЭДТА), называемые комплексонами. Комплексоны используются в аналитической химии для определения содержания металлов в различных материалах, а также для определения жесткости воды. Комплексоны применяют для очистки воды и растворения накипи в парогенераторах, а также для удаления продуктов коррозии. Это позволило заменить трудоемкие малоэффективные методы очистки высокопроизводительными и надежными химическими методами.
Структура и состав комплексных соединений
Комплексные соединения состоят из внутренней (координационной) и внешней сфер. Внутренняя сфера получила название комплекса.Например, в комплексном соединении [Cu(NH3)4]SO4
внутренняя сфера – [Cu(NH3)4]2+; внешняя сфера –SO42–.
Комплексы бывают:
– катионные[Cu(NH3)4]2+;
– анионные[Fe(CN)6]3–;
– нейтральные[Ni(CO)4].
Комплекс имеет центральный атом-комплексообразователь,чаще всего это катионd-элемента, имеющий вакантные орбитали. В указанных примерах это –Cu2+,Fe3+,Ni0.
Вокруг комплексообразователя координируются молекулы или ионы, их называют лигандами. Лигандами могут быть молекулы H2O, NH3, CO, CH3NH2, ионы CN–, OH–, NO2–, Cl–, Br–, I– и другие, имеющие неподеленные пары электронов. В приведенных примерах это – NH3, CN–, CO.
Зарядкомплексного иона равен алгебраической сумме зарядов комплексообразователя и лигандов.
Координационное число– это общее число лигандов, входящих во внутреннюю сферу комплексного соединения. В приведенных примерах это – 4, 6, 4. Координационное число часто в два раза превышает валентность комплексообразователя, но не всегда. Например,Fe2+имеет комплексное число 6, аAu3+– 4.
Диссоциациякомплексных соединений в растворах происходит по типу сильных электролитов (первичная диссоциация):
K3[Fe(CN)6] 3K+ + [Fe(CN)6]3–.
Комплекс диссоциирует лишь частично, по типу слабого электролита (вторичная диссоциация):
[Fe(CN)6]3– Fe3++ 6CN–.
Устойчивость комплексных соединений характеризуется константой нестойкости (Kнест), чем она меньше, тем прочнее комплекс:
Kнест[Fe(CN)6]3–
= 10–44.
Номенклатура комплексных соединений
Название комплексного соединения, как и любого другого сложного вещества, читается справа налево, т. е. вначале называется электроотрицательная составляющая формулы в именительном падеже, а затем – электроположительная в родительном падеже.
Названия лигандовв комплексных соединениях:
|
H2O |
– |
аква |
CO |
– |
карбонил |
OH– |
– |
гидроксо |
|
NH3 |
– |
аммин |
CN– |
– |
циано |
Cl– |
– |
хлоро |
Названия чисел:
|
1 |
– |
моно |
3 |
– |
три |
5 |
– |
пента |
|
2 |
– |
ди |
4 |
– |
тетра |
6 |
– |
гекса |
Например:
|
[Ag(NO3)2]Cl |
– |
хлорид диаминсеребра; |
|
[Cr(H2O)5Cl]Cl2 |
– |
хлорид хлоропентааквахрома (III); |
|
Na3[Al(OH)6] |
– |
гексагидроксоалюминат натрия; |
|
K[BF4 ] |
– |
тетрафтороборат калия. |
Экспериментальная часть
Опыт 1. Катионные комплексы. Получение и исследование комплексного соединения сульфата тетраамминмеди (II).
Выполнение работы
Поместите в пробирку 5-6 капель раствора сульфата меди и осторожно, по каплям добавьте 10%-ный раствор аммиака. Наблюдайте растворение выпавшего осадка основного сульфата меди (CuOH)2SO4и изменение цвета раствора при образовании комплексного сульфата тетраамминмеди (II).
Напишите уравнения реакции сульфата меди с избытком раствора аммиака. Учитывая, что полученное комплексное соединение диссоциирует на два иона, напишите уравнение электролитической диссоциации и константу нестойкости комплексного иона. Испытайте полученный комплекс на наличие ионов Cu2+, добавив в пробирку с раствором щелочь (NaOH). Выпадает ли осадокCu(OH)2? Проведите в другой пробирке реакцию сульфата меди со щелочью. Что наблюдаете? Сделайте вывод о диссоциации простых и комплексных солей.
Опыт 2. Анионные комплексы. Получение и исследование гидроксокомплексовю.
Выполнение работы
В две пробирки поместите раздельно растворы солей цинка и хрома (III). В каждую из них добавляйте по каплям раствор щелочи (NaOH). Наблюдайте начало выпадения осадков, затем их растворение в избытке щелочи.
Напишите уравнение проделанных реакций, учитывая, что образуются растворимые гидросокомплексы, содержащие ионы [Zn(OH)4]2–, [Cr(OH)6]3–. Учитывая, что гидроксиды цинка и хрома растворяются также и в кислотах, укажите, к какому типу они относятся.
Опыт 3. Комплексные соединения в реакциях обмена.
Взаимодействие гексацианоферрата (II) калия с сульфатом меди.
Выполнение работы
В пробирку к 4-5 каплям раствора сульфата меди добавьте такой же объем раствора комплексной соли K4[Fe(CN)6]. Отметьте цвет образовавшегося осадка гексацианоферрата меди. Напишите молекулярное и ионное уравнение реакции.
Контрольные вопросы
1. Дайте определение комплексного соединения. Чем оно отличается от других сложных веществ, двойных солей?
2. Назовите состав комплексного соединения (на примере).
3. Что называется комплексообразователем, лигандом, координационным числом?
4. Определите заряд комплексного иона, степень окисления и координационное число комплексообразователя в соединениях, назовите эти соединения, запишите уравнения реакции IиIIдиссоциации, константы нестойкости:
|
а) |
K2[PtCl6]; |
е) |
H[AuCl4]; |
л) |
[Hg(NH3)4]Cl2; |
|
б) |
Na[Ag(CN)2]; |
ж) |
K2[Cu(CN)4]; |
м) |
K2[Zn(CN)4]; |
|
в) |
K[AgCl2]; |
з) |
[Ni(NH3)4]Cl2; |
н) |
[Zn(NH3)4]SO4; |
|
г) |
[Cd(NH3)4]SO4; |
и) |
[Ag(NH3)2]Cl; |
о) |
K2[PbBr4]; |
|
д) |
K2[HgBr4]; |
к) |
Na2[Cd(CN)4]; |
п) |
Na2[Ni(CN)4]. |
5. Какое координационное число наиболее характерно для Cu2+,Cr3+,Fe3+,Zn2+,Co3+,Ag+.
6. Составьте координационные формулы следующих комплексных соединений кобальта: CoCl3 6NH3;CoCl35NH3;CoCl3 4NH3. Координационное число кобальта равно 6. Напишите диссоциацию этих соединений в растворе.
7. Напишите выражение для константы нестойкости следующих комплексных ионов: [Ag(NH3)2]+; [Fe(CN)6]4–; [Co(NH3)6]3+; [PtCl6]2–. Напишите формулы соединений, содержащих эти ионы. Назовите эти соединения.
8. Каков механизм образования химической связи между ионом Ni2+и ионамиCN–в молекулеK2[Ni(CN)4], иономAg+и молекуламиNH3в соединении [Ag(NH3)2]Cl?
9. Какое основание является более сильным: [Cu(NH3)4](OH)2илиCu(OH)2? Ответ обоснуйте.